WO2010035587A1 - 非水電解質二次電池用負極合剤、非水電解質二次電池用負極および非水電解質二次電池 - Google Patents
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Definitions
- the negative electrode mixture for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is at least one inorganic substance selected from the group consisting of hydrogen chloride, hydrogen bromide, sulfuric acid, and an inorganic salt represented by the following general formula (A), an electrode It contains an active material, a polar group-containing vinylidene fluoride polymer, and an organic solvent, and the inorganic material is contained in an amount of 10 to 500 ppm based on 100% by weight of the electrode active material.
- the polar group-containing vinylidene fluoride polymer used in the present invention may be used alone or in combination of two or more.
- the polar group-containing vinylidene fluoride polymer used in the present invention is usually (1) a method of copolymerizing vinylidene fluoride and a polar group-containing monomer and, if necessary, other monomers (hereinafter referred to as the method of (1)).
- the polar group-containing vinylidene fluoride polymer is 90 to 99.9 wt.
- the polar group-containing vinylidene fluoride polymer is produced by the method (2), for example, the following method can be used.
- I 10 is the apparent absorbance at a wave number of 3025 cm ⁇ 1 and I 11 is the background absorbance at a wave number of I 10
- I 3025 I 10 ⁇ I 11 .
- Example A5 0.010 g of potassium chloride and 10 g of polar group-containing vinylidene fluoride polymer- (2) were uniformly dissolved in 90 g of N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a binder solution.
- the electrode (B2) was obtained in the same manner as in Example B1 except that the negative electrode mixture (B2) for nonaqueous electrolyte secondary batteries was used.
- the electrode (cB2) was obtained in the same manner as in Example B1 except that the negative electrode mixture for nonaqueous electrolyte secondary batteries (cB2) was used.
- Example B10 An electrode (cB10) was obtained in the same manner as in Example B3 except that a rolled nickel foil having a thickness of 10 ⁇ m was used instead of the rolled copper foil having a thickness of 10 ⁇ m as the current collector.
- Example B12 The negative electrode mixture for nonaqueous electrolyte secondary batteries (cB12) was prepared in the same manner as in Example B3, except that the polyvinylidene fluoride polymer was used instead of the polar group-containing vinylidene fluoride polymer- (2). Obtained.
- the electrode (cB12) was obtained in the same manner as in Example B3 except that the negative electrode mixture for nonaqueous electrolyte secondary batteries (cB12) was used.
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Abstract
Description
(上記一般式(A)において、Mはアルカリ金属であり、XはClまたはBrである)
前記無機物が、一般式(A)で表わされる無機塩であることが好ましい。
(上記式(1)において、I1750は1750cm-1の吸光度であり、I3025は3025cm-1の吸光度である。)
前記電極活物質が、炭素材料であることが好ましい。
(上記一般式(A)において、Mはアルカリ金属であり、XはClまたはBrである)
〔電極活物質〕
本発明の非水電解質二次電池用負極合剤は、電極活物質を含む。電極活物質としては、特に限定は無く、従来公知の負極用の電極活物質を用いることができ、具体例としては、炭素材料、金属・合金材料、金属酸化物などが挙げられるが、中でも炭素材料が好ましい。
本発明の非水電解質二次電池用負極合剤は、極性基含有フッ化ビニリデン系重合体をバインダー樹脂として含む。本発明において、極性基含有フッ化ビニリデン系重合体とは、重合体中に極性基を含有し、モノマーとして少なくともフッ化ビニリデンを用いて得られる重合体である。また、極性基含有フッ化ビニリデン系重合体は、通常フッ化ビニリデンおよび極性基を含有するモノマーを用いて得られる重合体であり、さらに他のモノマーを用いてもよい。なお、本発明において、その分子中に極性基を含有するモノマーを極性基含有モノマーとも記す。
ここでηは重合体溶液の粘度、η0は溶媒のN,N-ジメチルホルムアミド単独の粘度、Cは0.4g/dlである。
(上記式(1)において、I1750は1750cm-1の吸光度であり、I3025は3025cm-1の吸光度である。)
赤外吸収スペクトルにおいて、カルボニル基は1650~1800cm-1に吸収帯を持つ。
本発明の非水電解質二次電池用負極合剤は、塩化水素、臭化水素、硫酸、および下記一般式(A)で表わされる無機塩からなる群から選択される少なくとも1種の無機物を含む。
(上記一般式(A)において、Mはアルカリ金属であり、XはClまたはBrである)
前記無機物は、一般式(A)で表わされる無機塩であるか、塩化水素、臭化水素および硫酸からなる群から選択される少なくとも1種の無機酸であることが好ましい。
本発明の非水電解質二次電池用負極合剤は、有機溶剤を含有する。有機溶剤としては上記極性基含有フッ化ビニリデン系重合体を溶解する作用を有するものが用いられ、好ましくは極性を有する溶剤である。有機溶剤の具体例としては、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスフォアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラメチルウレア、トリエチルホスフェイト、トリメチルホスフェイトなどが挙げられ、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルスルホキシドが好ましい。また、有機溶剤は1種単独でも、2種以上を混合してもよい。
本発明の非水電解質二次電池用負極は、前記非水電解質二次電池用負極合剤を、集電体に塗布・乾燥することにより得られ、集電体と、非水電解質二次電池用負極合剤から形成される層とを有する。
本発明の非水電解質二次電池は、前記非水電解質二次電池用負極を有することを特徴とする。
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース0.6g、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート1.76g、フッ化ビニリデン388g、ヘキサフルオロプロピレン12gおよびマレイン酸モノメチルエステル4gを仕込み、29℃で39時間懸濁重合を行った。この間の最高圧力は3.9MPaに達した。重合完了後、重合体スラリーを脱水、水洗後80℃で20時間乾燥を行い、極性基としてカルボキシル基を含有する、粉末状の極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(1)を得た。
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース0.8g、酢酸エチル2.5g、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート4g、フッ化ビニリデン396gおよびマレイン酸モノメチルエステル4gを仕込み、29℃で30時間懸濁重合を行った。この間の最高圧力は4.2MPaに達した。重合完了後、重合体スラリーを脱水、水洗後80℃で20時間乾燥を行い、極性基としてカルボキシル基を含有する、粉末状の極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(2)を得た。
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1024g、メチルセルロース0.6g、酢酸エチル1.2g、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート4.3g、フッ化ビニリデン380gおよびマレイン酸20gを仕込み、29℃で20時間懸濁重合を行った。この間の最高圧力は4.3MPaに達した。重合完了後、重合体スラリーを脱水、水洗後80℃で20時間乾燥を行い、極性基としてカルボキシル基を含有する、粉末状の極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(3)を得た。
内容量2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース0.2g、酢酸エチル6.0g、ジノルマルプロピルパーオキシジカーボネート4.8g、フッ化ビニリデン400gを仕込み、26℃で12時間懸濁重合を行った。この間の最高圧力は4.0MPaに達した。重合完了後、重合体スラリーを脱水、水洗後80℃で20時間乾燥を行い、粉末状のポリフッ化ビニリデンを得た。
前記極性基含有フッ化ビニリデン系重合体およびポリフッ化ビニリデンのIRスペクトルを以下の方法で測定した。
(上記式(1)において、I1750は1750cm-1の吸光度であり、I3025は3025cm-1の吸光度である。)
なお、I1750およびI3025は、上記波数における見かけの吸光度から、バックグラウンドの吸光度を減ずることにより求めることができる。すなわち、I20を波数1750cm-1の見かけの吸光度、I21をI20の波数におけるバックグラウンドの吸光度とすると、I1750=I20-I21である。
塩化リチウム0.005gおよび極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(1)5gを、N-メチル-2-ピロリドン95gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
塩化リチウム0.010gおよび極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(1)5gを、N-メチル-2-ピロリドン95gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
塩化カリウム0.005gおよび極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(1)5gを、N-メチル-2-ピロリドン95gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
臭化カリウム0.005gおよび極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(1)5gを、N-メチル-2-ピロリドン95gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
塩化カリウム0.010gおよび極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(2)10gを、N-メチル-2-ピロリドン90gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(1)5gを、N-メチル-2-ピロリドン95gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
塩化リチウム0.075gおよび極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(1)5gを、N-メチル-2-ピロリドン95gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
前記極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(1)に変えて、前記ポリフッ化ビニリデンを用いた以外は、比較例A1と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(cA3)を得た。
前記極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(1)に変えて、前記ポリフッ化ビニリデンを用いた以外は、実施例A5と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(cA4)を得た。
極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(2)10gを、N-メチル-2-ピロリドン90gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
集電体に厚さ10μmのアルミ箔を用いた以外は比較例A5と同様に行い、電極(cA6)を得た。なお、アルミニウムは、通常非水電解質二次電池の正極を構成する際に用いる集電体である。
集電体に厚さ10μmのアルミ箔を用いた以外は実施例A5と同様に行い、電極(cA7)を得た。
極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(2)10gを、N-メチル-2-ピロリドン90gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
合剤粘度調整用のN-メチル-2-ピロリドンを3.119g、塩酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液を0.101gとした以外は、実施例B1と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(B2)を得た。
合剤粘度調整用のN-メチル-2-ピロリドンを3.052g、塩酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液を0.168gとした以外は、実施例B1と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(B3)を得た。前記非水電解質二次電池用負極合剤(B3)の粘度をE型粘度計で測定したところ、25℃、せん断速度2s-1で9500mPa・sであった。
合剤粘度調整用のN-メチル-2-ピロリドンを2.72g、塩酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液を0.50gとした以外は、実施例B1と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(B4)を得た。
合剤粘度調整用のN-メチル-2-ピロリドンを2.22g、塩酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液を1.00gとした以外は、実施例B1と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(B5)を得た。
前記塩酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液(塩化水素0.27重量%、N-メチル-2-ピロリドン99.23重量%、水0.5重量%)を硫酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液(硫酸0.27重量%、N-メチル-2-ピロリドン97.3重量%、水2.43重量%)に変えた以外は、実施例B5と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(B6)を得た。
極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(2)を極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(3)に変えた以外は実施例B3と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(B7)を得た。
極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(2)10gを、N-メチル-2-ピロリドン90gに均一に溶解し、バインダー溶液を得た。
合剤粘度調整用のN-メチル-2-ピロリドンを1.22g、塩酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液を2.00gとした以外は、実施例B1と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(cB2)を得た。
前記塩酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液(塩化水素0.27重量%、N-メチル-2-ピロリドン99.23重量%、水0.5重量%)をフッ化水素酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液(フッ化水素0.27重量%、N-メチル-2-ピロリドン98.85重量%、水0.88重量%)に変えた以外は、実施例B5と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(cB3)を得た。
前記塩酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液(塩化水素0.27重量%、N-メチル-2-ピロリドン99.23重量%、水0.5重量%)を酢酸とN-メチル-2-ピロリドンとの混合溶液(酢酸0.27重量%、N-メチル-2-ピロリドン99.73重量%)に変えた以外は、実施例B5と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(cB4)を得た。
前記集電体である厚さ10μmの圧延銅箔に変えて、厚さ10μmの圧延アルミニウム箔を用いた以外は、比較例B1と同様に行い、電極(cB5)を得た。
前記集電体である厚さ10μmの圧延銅箔に変えて、厚さ10μmの圧延アルミニウム箔を用いた以外は、実施例B3と同様に行い、電極(cB6)を得た。
前記集電体である厚さ10μmの圧延銅箔に変えて、厚さ10μmの圧延アルミニウム箔を用いた以外は、実施例B4と同様に行い、電極(cB7)を得た。
前記集電体である厚さ10μmの圧延銅箔に変えて、厚さ10μmの圧延アルミニウム箔を用いた以外は、実施例B5と同様に行い、電極(cB8)を得た。
前記集電体である厚さ10μmの圧延銅箔に変えて、厚さ10μmの圧延ニッケル箔を用いた以外は、比較例B1と同様に行い、電極(cB9)を得た。
前記集電体である厚さ10μmの圧延銅箔に変えて、厚さ10μmの圧延ニッケル箔を用いた以外は、実施例B3と同様に行い、電極(cB10)を得た。
前記極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(2)に変えて、前記ポリフッ化ビニリデンを用いた以外は、比較例B1と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(cB11)を得た。
前記極性基含有フッ化ビニリデン系重合体-(2)に変えて、前記ポリフッ化ビニリデンを用いた以外は、実施例B3と同様に行い、非水電解質二次電池用負極合剤(cB12)を得た。
実施例および比較例で得た電極における、集電体と合剤層との剥離強度は、JIS K6854に準拠して、180°剥離試験により測定を行った。結果を表1および表3に示す。
(正極の作製)
ポリフッ化ビニリデンのN-メチルピロリドン(NMP)溶液(クレハ製、KFポリマーL#1320、樹脂濃度12重量%)5gにコバルト酸リチウム(日本化学工業製、セルシードC5H)18.8g、カーボンブラック(電気化学工業製、デンカブラック)0.6gおよび希釈用のN-メチル-2-ピロリドン3.75gを添加し、あわとり練太郎(シンキー製)を用いて撹拌混合し、非水電解質二次電池用正極合剤を得た。前記非水電解質二次電池用正極合剤を、集電体である厚さ50μmのアルミ箔にバーコーターを用いて乾燥後の合剤層の重量が210g/m2になるように均一に塗布し、キアオーブン中で130℃で乾燥後に、500MPaでプレスを行い、合剤層の嵩密度が3.6g/cm3である非水電解質二次電池用正極を得た。
各実施例・比較例で得た負極を直径15mmに打ち抜き、上記正極を直径14mmに打ち抜き、ガラスフィルター(ADVANTEC製、GA-55)からなるセパレータを介して、互いの合剤層面を対向させて、ポリプロピレン製パッキングを配置したステンレス鋼製の外装容器中に収納した。エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネートの体積比1:2:2の溶液に1.5mol/リットルのLiPF6を添加した電解液を外装容器に注入し、厚さ0.2mmのステンレス製蓋を外装容器に被せ固定して、内容物を封止した直径20mm、厚さ3.2mmのコイン型電池Aを作製した。
Claims (11)
- 塩化水素、臭化水素、硫酸、および下記一般式(A)で表わされる無機塩からなる群から選択される少なくとも1種の無機物、電極活物質、極性基含有フッ化ビニリデン系重合体、および有機溶剤を含有し、
前記無機物を、電極活物質100重量%に対して、10~500ppm含有することを特徴とする非水電解質二次電池用負極合剤。
MX ・・・(A)
(上記一般式(A)において、Mはアルカリ金属であり、XはClまたはBrである) - 前記無機物が、一般式(A)で表わされる無機塩であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極合剤。
- 前記無機物が、塩化水素、臭化水素および硫酸からなる群から選択される少なくとも1種の無機酸であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極合剤。
- 前記無機塩が、塩化カリウムおよび塩化リチウムからなる群から選択される少なくとも1種の無機塩であることを特徴とする請求項2に記載の非水電解質二次電池用負極合剤。
- 前記極性基含有フッ化ビニリデン系重合体が、フッ化ビニリデン80~99.9重量部および極性基含有モノマー0.1~20重量部(但し、フッ化ビニリデンおよび極性基含有モノマーの合計を100重量部とする)を共重合して得られるフッ化ビニリデン系共重合体であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用負極合剤。
- 前記極性基含有フッ化ビニリデン系重合体が、カルボキシル基およびカルボン酸無水物基からなる群から選択される少なくとも1種の極性基を含有するフッ化ビニリデン系重合体であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用負極合剤。
- 前記極性基含有フッ化ビニリデン系重合体の赤外線吸収スペクトルを測定した際の下記式(1)で表わされる吸光度比(IR)が、0.1~1.5の範囲であることを特徴とする請求項6に記載の非水電解質二次電池用負極合剤。
IR=I1750/I3025 ・・・(1)
(上記式(1)において、I1750は1750cm-1の吸光度であり、I3025は3025cm-1の吸光度である。) - 前記電極活物質が、炭素材料であることを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用負極合剤。
- 請求項1~8のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池用負極合剤を、集電体に塗布・乾燥することにより得られることを特徴とする非水電解質二次電池用負極。
- 前記集電体が銅箔であることを特徴とする請求項9に記載の非水電解質二次電池用負極。
- 請求項9または10に記載の非水電解質二次電池用負極を有することを特徴とする非水電解質二次電池。
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